Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев совершенного монокристалла

) Н 23 20 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСНОМ ьство СССР ЗГ 20, 1984. щ 1 гв о 1." у Опе Азущоп, Е. Иасиг37, р. 519 носталсломеУРНЫХЕВ крисно для издебреизЦель изобрет альности измерния - по ний, рас ристалло шение ло рение кл са исследуемых кНа фиг. 1 прлагаемого способ может быт стики субм ости монок схема пред - тип ичсти дифраавле на А ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(72) РМ,Имамов, А.А,Ломов,Д.В. Новиков, Д.А. Гоганови С .М. Гутк ев ич(56) Авторское свидетел9 1103126, кл. С 01 Й 2О,Вгцпппег еС. а 1. Ь 1Н 1 е Х-гау со 111 щас 1 оп Ьщегггса 1 Вга 88 Кей 1 есс 1ЕогвсЬ. Те 1 А. 1982, ч523.Андреева МА, Теория пределасимметричной дифракции на клах с нарушенным поверхностнымем, Поверхность, Физика, химиханика, 1986, Р 1 О, с. 15-19.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКИСКАЖЕНИЙ 1 РИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛСОВЕРШЕННОГО МОНОКРИСТАЛЛА(57) Изобретение относится кгенодифракционному анализу прверхностных слоев совершенныхталлов и может быть использовотработки технологии созданиялий микроэлектроники. Цель изтения - повышение локальности Изобретение ифракционным м енных монокристалло спользовано для диа онных слоев на пове алла, относится к рентгеноетодам анализа совер 2мерений и расширение класса исследуемых кристаллов. Способ включает в себя облучение образца коллимиро, ванным в плоскости падения пучком рентгеновского излучения, выведение образца в положение дифракции в условиях полного внешнего отражения и регистрацию зависимости интенсивности дифрагированного излучения от угла выхода, В качестве дифракционных плоскостей выбирают плоскости, лежащие под углом к поверхности кристалла, и реализуют на них дифракцию в геометрии Брэгга с коэффициентом асимметрии, большим 1, При этом регистрируется интенсивность "хвоста кривой отражения вплоть до нулевого угла выхода, Зависимость интенсивности имеет характерный вид с дополнительным максимумом (называемым поверхностным брэгговским пиком - ПБП) при угле выхода, равным углу полного внешнего отражения, При помощи математического моделирования полученного распределения интенсивности судят о нарушениях структуры в тонких приповерхностных слоях кристалла, а форма и интенсивность ПБП очень чувствительны к наличию на поверхности тонких аморфных пленок. 2 ил. ая зависимость интенсивн1599732. 31 гированного излучения от угла выхода 1 Я ).Сущность способа заключается втом, что исследуемый кристалл облучают пучком рентгеновского излучения, выводят в положение резко асимметричной дифракции по Брэггу так,чтобы коэффициент асимметрии/1 д был больше 1, и при неподвижном кристалле регистрируют зависимость интенсивности дифрагированного излучения от угла его выходас поверхностью кристалла вплоть дооО, По этой зависимости судят обискажениях структуры и толщине пленки на поверхности кристалла,Рентгеновское излучение от источника 1 падает на исследуемый кристалл2, находящийся в положении, удовлетворяющем условию Брэгга Диафрагма 3,расположенная вблизи кристалла, ограничивает площадь засвечиваемойповерхности. Поскольку падающий пучок является расходящимся, то воз -никает спектр дифрагированного излучения со всеми .возможными угламивыхода, угловая зависимость интенсивности дифрагированного излучениярегистрируется координатным детектором 4, например РКД Длину волны падающего излученияи индексы отражения (ЬК 1,) выбираюттаким образом, чтобы угол клина диФрагирующих плоскостей с поверхностьюобразца был меньше угла Брэгга, аразница между ними была больше 2 Ркр(Фк - угол полного внешнего отражеяия и к наличию на поверхности рентгеноаморфного слоя с толщиной 0,5-50 нм.Способ осуществляется следующимобразом.Для исследуемого кристалла выбирается семейство дифракционных плоскостей, составляющих с поверхностьюкристалла угол ) ( 9 ь, Поскольку интенсивность ПБП тем выше, чем меньшеугол отклонения от точного угла Брэгга, то следует выбирать (8 -(О) ".о Бг-. 1 - 3, а для повышения локальности необходимо, чтобы значение (6 ьр+ Ц)обыло близко к 90 . Для стандартныхполупроводниковых кристаллов, используемых в промьппленности, удобно выбирать следующие отражения: при ориентации поверхности 1111 - отражение (311) и излучение М, Со, Ре,а при ориентации 100) - отражение(311), (400) и излучение Сц. При использовании стандартныхисточников излучения монохроматизация падающего пучка не требуется.Поскольку синхротронное излучениеимеет спектр с большим набором длинволн со сравнимой интенсивностью, 30то следует монохроматизировать пучоктак, чтобы на измерение рассеянияпри 9 пФ Р влияние разницы в длиневолны не превышало точности эксперимента 9 1,. Так как ХЪ, тог7 к (ф) л35ь ьР(3)РкНа серийно выпускаемой аппаратуре 40легко реализуется 6 О к, ". Т, а Р кимеет величину порядка 20, т. е. необходимо получить Ь 7/Я менее 5 , где Х - поляризуемость кристаллаДифракция рентгеновских лучей от совершенных кристаллов имеет место не только при точном угле Яьг, но и в широком диапазоне угла, причем вдали от 6 Бр дифракционное рассеяние имеет высокую чувствительность к искажениям структуры тонких приповерхностных слоев При этом со стороны углов, меньших угла Брэгга, и угле скольжения дифрагированного излучения Р ) близком к Р кр, коэффициент отражения возрастает и имеет максимум при 3)1 -- Ф, Интенсивность и форма этого максимума (поверхностного брэгговского пика (ПБП) чувст-. вительна как к нарушениям структуры тонкого приповерхностного слоя, такВ данной схеме пространственное разрешение способа по сравнению с прототипом более чем на два порядка вьпле и определяется следующей формулой; Б = 1)+Н(150 К(9 Бр+ Я -Ь 9) 1Бр Ч)(4) где 1) - размер диафрагмы;Н - расстояние от диафрагмы дообразца;0 = (6 Б 1) / Ъ - необходимая расхо.димость падающего излучения д.я одновременной регистрации ПБП и центрального диФракционного максимума.(1) = 2 я 1.п 6 Б 1 п(я 6 Бр) е 5При Н = 1 мм В = 50 мкмо , о9 (9 ьр +1,) 1. 90 (Ир - С3 пространственное разрешение Б = 0,05 мм. П р и м е р. В качестве образца выбирались стандартная подложка кремния с ориентацией (111). Использовалось (311) отражение, М 1 К изОлучение. 6 ь = 28,б . Наличие в спектре рентгеновского излучения сравнимых по интенсивности линий Кс и К2 приводит к раздвоению брэгговского пика. Поскольку разница. длин волн К о и К менее 0,2%, то это не влияет на форму ПБП и его угловое положение.Для определения толщин аморфной пленки и слоя с искаженной структурой экспериментально полученную зависимость сравнивают с рассчитанной теоретически 4 яп 6, ядп О ь,(у 22.яхп + я 1 п 6 Ц(1+ яхп 0 +язеп 0 где о, и 6 - углы скольжения падающего и отраженногоизлучения; На фиг. 2 кривая 5 - эксперимент,кривая б - расчет интенсивности дифрагированного излучения от совершенного монокристалла при условии наличия на его поверхности аморфной пленки толщиной 3 нм. Формула изобретения Способ определения структурныхискажений приповерхностных слоев совершенного монокристалла, включающийоблучение монокристалла коллимиро 15 ванным пучком рентгеновского излучения, выведение его в положение резкоасимметричной дифракции по Ьрэггу вусловиях полного внешнего отражения,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,20 с целью повышения локальности измерений и расширения класса исследуемыхкристаллов, измерения проводят прикоэффициенте асимметрии, большемединицы, и разности между углом Брэг 25 га и углом наклона отражающей плоскост . к поверхности образца, большейудвоенного критического угла полного внешнегс отражения, регистрируютинтенсивность дифрагированного излучения от угла выхода с поверхностикристалла при неподвижном кристаллеи по полученной зависимости судят оприповерхностных слоях монокрис. талла,1599732 О оставитель В. Вороновехред Л.Сердюкова. ектор М. П Редакт арфенова ква, Б, Раушская наб., д сное 113035, М 4 5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина Заказ 3137 Тираж 498 , ПодпиВНИИПИ Государственного комитета по изобретениями открытиям при ГКНТ СС